三维柔性高导电金属硅橡胶海绵

柔性电子,近年来兴起的一项颠覆性技术,在柔性显示屏、医疗传感器、电子皮肤、可穿戴电子设备以及柔性储能器件等方面具有非常广阔的应用前景。柔性电子器件与传统的电子设备区别在于其功能能够保持在较高水平,即使在不同程度的机械变形情况下,如弯曲、折叠、拉伸、压缩以及扭曲。目前,构筑柔性电子器件的关键之一是制备具有高机械稳定性、长寿命、高导电性的电极材料。目前制备柔性电极材料的策略可以概括为:“结构可拉伸”和“材料可拉伸”两种类型。主要包括由导电材料构成的二维网格或者褶皱结构。近年来,三维柔性导体由于具有在高机械形变情况下更加稳定的导电能力引起了研究人员的重视。制备三维柔性导体的方法主要包括以下三种:直接构筑三维导电材料结构(如三维石墨烯泡沫、三维金属泡沫等);在三维多孔不导电材料中灌入导电材料(如石墨烯、碳纳米管、金属纳米线、以及液态金属等);在三维多空孔材料的表面制备一层导电材料(如金属)。目前,三维柔性导体的相关研究的不足之处在于高导电性与机械稳定性、制备成本、步骤冗杂、寿命等方面的矛盾问题。

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深圳大学化学与环境工程学院周学昌副教授课题组成功研制出一种三维柔性、高机械稳定性、高导电性的金属弹性硅橡胶(俗称PDMS)海绵。该课题组首先以方糖为模板制备出高弹性且多孔互通的三维PDMS海绵,再经过原位自由基共聚表面锈修饰方法在海绵的表面制备一层功能聚合物,最后经过聚合物辅助的无电沉积法,成功制备多种金属(包括金、银、铜等)修饰的PDMS海绵。该方法的显著特点是硅橡胶材料自身具有很好的弹性,同时海绵结构也具有较高的机械灵活性。由于金属颗粒能牢固地附着在多孔的三维PDMS海绵上,且其电学性能和机械稳定性十分卓越。例如,银硅橡胶海绵即使被拉伸、压缩到50%时,依然能保持良好的导电性、稳定性和耐久性,且经过5000次循环试验后其导电能力几乎不受影响。该方法所涉及的设备及工艺简单,成本低廉,为柔性电子材料的制备提供了一种简单、高效、便捷的方法,还为高性能柔性电子设备的设计与构筑提供了一种高机械稳定性、高导电的三维柔性复合材料。

这项工作的相关成果发表在Advanced Materials Technologies (DOI: 10.1002/admt.201600117)上。

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